सेंट पीटर्सबर्ग स्टेट पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी

अनुप्रयुक्त गणित और यांत्रिकी संस्थान
सैद्धांतिक यांत्रिकी विभाग

कार्बन डाइऑक्साइड का अणु

पाठ्यक्रम परियोजना

स्नातक प्रशिक्षण की दिशा: 010800 यांत्रिकी और गणितीय मॉडलिंग

समूह 23604/1

प्रोजेक्ट मैनेजर:

बचाव के लिए स्वीकार किया:

सेंट पीटर्सबर्ग

अध्याय 1 आणविक गतिशीलता 3

1.2 जोड़ी क्षमता 5

1.2.1 मोर्स क्षमता। 5

1.2.2 लेनार्ड-जोन्स क्षमता। 6

1.2.3 मोर्स और लेनार्ड-जोन्स क्षमता की तुलना 7

1.2.4 क्षमता और बलों की तुलना के रेखांकन। 7

1.2.5 निष्कर्ष 9

1.2 कार्बन डाइऑक्साइड अणु 9

अध्याय 2 लेखन कार्यक्रम 10

2.1 कार्यक्रम आवश्यकताएँ 10

2.2 प्रोग्राम कोड। ग्यारह

2.2.1 चर। ग्यारह

2.2.2 कण निर्माण समारोह 12

2.2.3 भौतिकी कार्य 14

2.2.4 पावर 18 समारोह

2.3 इष्टतम मापदंडों का चयन 19

काम के परिणाम 20

संदर्भ सूची 21

परिचय और समस्या कथन

अणुओं की मॉडलिंग करना, यहां तक ​​कि सबसे सरल भी, एक मुश्किल काम है। उन्हें मॉडल करने के लिए, बहु-कण क्षमता का उपयोग करना आवश्यक है, लेकिन उनकी प्रोग्रामिंग भी एक बहुत ही कठिन कार्य है। प्रश्न यह उठता है कि क्या सरलतम अणुओं के प्रतिरूपण का कोई आसान तरीका खोजना संभव है।

जोड़ीदार क्षमताएं मॉडलिंग के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हैं, क्योंकि उनके पास एक सरल रूप है और प्रोग्राम करना आसान है। लेकिन उन्हें आणविक मॉडलिंग पर कैसे लागू किया जा सकता है? मेरा काम इस समस्या को हल करने के लिए समर्पित है।

इसलिए, मेरी परियोजना से पहले निर्धारित कार्य निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है - एक जोड़ी क्षमता (2 डी मॉडल) का उपयोग करके कार्बन डाइऑक्साइड अणु का मॉडल करना और इसकी सरल आणविक गतिशीलता पर विचार करना।

अध्याय 1 आणविक गतिशीलता

शास्त्रीय आणविक गतिकी विधि

आणविक गतिकी की विधि (एमडी विधि) एक ऐसी विधि है जिसमें परमाणुओं या कणों के परस्पर क्रिया की प्रणाली के अस्थायी विकास को उनके गति के समीकरणों को एकीकृत करके ट्रैक किया जाता है।

बुनियादी प्रावधान:

शास्त्रीय यांत्रिकी का उपयोग परमाणुओं या कणों की गति का वर्णन करने के लिए किया जाता है। कणों की गति का नियम विश्लेषणात्मक यांत्रिकी का उपयोग करके पाया जाता है। अंतर-परमाणु संपर्क की ताकतों को शास्त्रीय संभावित बलों (सिस्टम की संभावित ऊर्जा ढाल के रूप में) के रूप में दर्शाया जा सकता है। मैक्रोस्कोपिक (थर्मोडायनामिक) प्रकृति के परिणाम प्राप्त करने के लिए लंबे समय तक सिस्टम के कणों के प्रक्षेपवक्र का सटीक ज्ञान आवश्यक नहीं है। आणविक गतिकी विधि द्वारा गणना के दौरान प्राप्त विन्यासों के सेट को कुछ सांख्यिकीय वितरण फ़ंक्शन के अनुसार वितरित किया जाता है, उदाहरण के लिए, माइक्रोकैनोनिकल वितरण के अनुरूप।

आणविक गतिकी विधि लागू होती है यदि किसी परमाणु (या कण) की डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य अंतर-परमाणु दूरी से बहुत छोटी है।

इसके अलावा, शास्त्रीय आणविक गतिकी मॉडलिंग सिस्टम पर लागू नहीं होती है जिसमें हल्के परमाणु होते हैं, जैसे हीलियम या हाइड्रोजन। इसके अलावा, कम तापमान पर, क्वांटम प्रभाव निर्णायक हो जाते हैं, और ऐसी प्रणालियों पर विचार करने के लिए, क्वांटम-रासायनिक विधियों का उपयोग करना आवश्यक है। यह आवश्यक है कि जिस समय प्रणाली का व्यवहार माना जाता है वह अध्ययन की गई भौतिक मात्राओं के विश्राम समय से अधिक हो।

मूल रूप से सैद्धांतिक भौतिकी में विकसित आणविक गतिकी की विधि, रसायन विज्ञान में और 1970 के दशक से जैव रसायन और बायोफिज़िक्स में व्यापक हो गई है। यह एक प्रोटीन की संरचना को निर्धारित करने और उसके गुणों को परिष्कृत करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है यदि वस्तुओं के बीच बातचीत को बल क्षेत्र द्वारा वर्णित किया जा सकता है।

1.2 जोड़ी क्षमता

अपने काम में, मैंने दो संभावनाओं का इस्तेमाल किया: लेनार्ड-जोन्स और मोर्स। उनकी चर्चा नीचे की जाएगी।

1.2.1 मोर्स क्षमता।

डी बॉन्ड एनर्जी है, ए बॉन्ड की लंबाई है, बी एक पैरामीटर है जो संभावित कुएं की चौड़ाई को दर्शाता है।

क्षमता में एक आयाम रहित पैरामीटर बीए है। बीए = 6 पर, मोर्स और लेनार्ड-जोन्स की बातचीत करीब है। जैसे-जैसे बीए बढ़ता है, मोर्स इंटरैक्शन के लिए संभावित कुएं की चौड़ाई कम हो जाती है, और अंतःक्रिया अधिक कठोर और भंगुर हो जाती है।

बीए में कमी से विपरीत परिवर्तन होते हैं - संभावित कुएं का विस्तार होता है, कठोरता कम हो जाती है।

मोर्स क्षमता के अनुरूप बल की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

या वेक्टर रूप में:

1.2.2 लेनार्ड-जोन्स क्षमता।

परस्पर क्रिया की युग्मित शक्ति क्षमता। सूत्र द्वारा परिभाषित:

आर कणों के बीच की दूरी है, डी बंधन ऊर्जा है, ए बंधन लंबाई है।

क्षमता एमआई क्षमता का एक विशेष मामला है और इसमें कोई आयाम रहित पैरामीटर नहीं है।

लेनार्ड-जोन्स क्षमता के अनुरूप अन्योन्यक्रिया बल की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

लेनार्ड-जोन्स क्षमता के लिए, बंधन कठोरता, महत्वपूर्ण बंधन लंबाई और बंधन शक्ति क्रमशः हैं

बातचीत का वेक्टर बल सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

इस व्यंजक में अंतरपरमाण्विक दूरी r की केवल सम शक्तियाँ हैं, जो कण गतिकी विधि द्वारा संख्यात्मक गणनाओं में मूल निष्कर्षण संक्रिया का उपयोग नहीं करना संभव बनाती हैं।

1.2.3 मोर्स और लेनार्ड-जोन्स क्षमता की तुलना

क्षमता का निर्धारण करने के लिए, प्रत्येक को कार्यात्मक दृष्टिकोण से देखें।

दोनों संभावनाओं के दो पद हैं, एक आकर्षण के लिए जिम्मेदार है, और दूसरा आकर्षण के लिए।

मोर्स क्षमता में एक नकारात्मक घातांक होता है, जो सबसे तेजी से घटते कार्यों में से एक है। मैं आपको याद दिला दूं कि प्रतिपादक के पास प्रतिकर्षण के लिए जिम्मेदार पद के लिए और आकर्षण के लिए जिम्मेदार पद के लिए रूप है।

लाभ:

लेनार्ड जोन्स क्षमता, बदले में, फॉर्म का एक शक्ति कार्य शामिल है

जहां आकर्षण के लिए जिम्मेदार पद के लिए n = 6 और प्रतिकर्षण के लिए जिम्मेदार पद के लिए n = 12 है।

लाभ:

कोई वर्गमूल संचालन की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि शक्तियां तब भी होती हैं जब प्रोग्राम किया जाता है मोर्स क्षमता की तुलना में आसान वृद्धि और गिरावट

1.2.4 क्षमता और बलों की तुलना के रेखांकन।

1.2.5 निष्कर्ष

इन रेखांकन से, 1 निष्कर्ष निकाला जा सकता है - मोर्स क्षमता अधिक लचीली है, इसलिए यह मेरी आवश्यकताओं के लिए अधिक उपयुक्त है, क्योंकि तीन कणों के बीच बातचीत का वर्णन करना आवश्यक है, और इसके लिए 3 प्रकार की क्षमता की आवश्यकता होगी:

ऑक्सीजन और कार्बन के बीच बातचीत के लिए (यह अणु में प्रत्येक ऑक्सीजन के लिए समान है) कार्बन डाइऑक्साइड अणु में ऑक्सीजन के बीच बातचीत के लिए (इसे स्थिरीकरण कहते हैं) विभिन्न अणुओं से कणों के बीच बातचीत के लिए

इसलिए, भविष्य में मैं केवल मोर्स क्षमता का उपयोग करूंगा, और मैं नाम छोड़ दूंगा।

1.2 कार्बन डाइऑक्साइड अणु

कार्बन डाइऑक्साइड (कार्बन डाइऑक्साइड) एक गंधहीन और रंगहीन गैस है। कार्बन डाइऑक्साइड अणु में एक रैखिक संरचना और सहसंयोजक ध्रुवीय बंधन होते हैं, हालांकि अणु स्वयं ध्रुवीय नहीं होता है। द्विध्रुव आघूर्ण = 0.

परिभाषा

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) (कार्बन डाइऑक्साइड)सामान्य परिस्थितियों में, यह एक रंगहीन गैस है, जो हवा से भारी है, ऊष्मीय रूप से स्थिर है, और जब संपीड़ित और ठंडा किया जाता है, तो यह आसानी से एक तरल और ठोस ("सूखी बर्फ") अवस्था में बदल जाती है।

अणु की संरचना अंजीर में दिखाई गई है। 1. घनत्व - 1.997 ग्राम / एल। पानी में खराब घुलनशील, इसके साथ आंशिक रूप से प्रतिक्रिया करता है। अम्लीय गुण प्रदर्शित करता है। यह सक्रिय धातुओं, हाइड्रोजन और कार्बन द्वारा बहाल किया जाता है।

चावल। 1. कार्बन डाइऑक्साइड अणु की संरचना।

कार्बन डाइऑक्साइड का सकल सूत्र CO2 है। जैसा कि ज्ञात है, एक अणु का आणविक द्रव्यमान उन परमाणुओं के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के योग के बराबर होता है जो अणु बनाते हैं (डी.आई. मेंडेलीव की आवर्त सारणी से लिए गए सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के मूल्यों को पूर्णांक में गोल किया जाता है) )

श्री (सीओ 2) = एआर (सी) + 2 × एआर (ओ);

श्री(सीओ 2) \u003d 12 + 2 × 16 \u003d 12 + 32 \u003d 44।

परिभाषा

दाढ़ द्रव्यमान (एम)किसी पदार्थ के 1 मोल का द्रव्यमान है।

यह दिखाना आसान है कि दाढ़ द्रव्यमान M और सापेक्ष आणविक द्रव्यमान M r के संख्यात्मक मान समान हैं, हालाँकि, पहले मान का आयाम [M] = g/mol है, और दूसरा आयाम रहित है:

एम = एन ए × एम (1 अणु) = एन ए × एम आर × 1 पूर्वाह्न। = (एन ए ×1 एमू) × एम आर = × एम आर।

इसका मतलब है कि कार्बन डाइऑक्साइड का दाढ़ द्रव्यमान 44 g/mol . है.

गैसीय अवस्था में किसी पदार्थ का दाढ़ द्रव्यमान उसके दाढ़ आयतन की अवधारणा का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, किसी दिए गए पदार्थ के एक निश्चित द्रव्यमान द्वारा सामान्य परिस्थितियों में व्याप्त मात्रा का पता लगाएं, और फिर समान परिस्थितियों में इस पदार्थ के 22.4 लीटर के द्रव्यमान की गणना करें।

इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए (दाढ़ द्रव्यमान की गणना), एक आदर्श गैस की स्थिति के समीकरण (मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण) का उपयोग करना संभव है:

जहाँ p गैस का दबाव (Pa) है, V गैस का आयतन (m 3) है, m पदार्थ का द्रव्यमान (g) है, M पदार्थ का दाढ़ द्रव्यमान (g / mol) है, T निरपेक्ष तापमान है (के), आर सार्वभौमिक गैस स्थिरांक 8.314 जे / (मोल × के) के बराबर है।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

व्यायाम	तांबे को ऑक्सीजन के साथ मिलाने का सूत्र बनाइए, यदि उसमें मौजूद तत्वों के द्रव्यमान का अनुपात m (Cu) : m (O) = 4:1 हो।
समाधान	आइए तांबे और ऑक्सीजन के दाढ़ द्रव्यमान का पता लगाएं (डी.आई. मेंडेलीव की आवर्त सारणी से लिए गए सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के मूल्यों को पूर्ण संख्या में गोल किया जाएगा)। यह ज्ञात है कि M = Mr, जिसका अर्थ है M(Cu) = 64 g/mol, और M(O) = 16 g/mol। n (घन) = मी (घन) / एम (घन); n (घन) \u003d 4 / 64 \u003d 0.0625 मोल। एन (ओ) \u003d एम (ओ) / एम (ओ); एन (ओ) \u003d 1/16 \u003d 0.0625 मोल। दाढ़ अनुपात ज्ञात कीजिए: n(Cu) :n(O) = 0.0625: 0.0625 = 1:1, वे। कॉपर को ऑक्सीजन के साथ मिलाने का सूत्र CuO है। यह कॉपर (II) ऑक्साइड है।
उत्तर	CuO

उदाहरण 2

व्यायाम	सल्फर के साथ लोहे के यौगिक के लिए एक सूत्र बनाएं यदि इसमें तत्वों के द्रव्यमान का अनुपात m (Fe): m (S) \u003d 7: 4 है।
समाधान	यह पता लगाने के लिए कि अणु की संरचना में रासायनिक तत्व किस संबंध में हैं, उनकी मात्रा का पता लगाना आवश्यक है। यह ज्ञात है कि किसी पदार्थ की मात्रा ज्ञात करने के लिए सूत्र का प्रयोग करना चाहिए: आइए लोहे और सल्फर के दाढ़ द्रव्यमान का पता लगाएं (डी.आई. मेंडेलीव की आवर्त सारणी से लिए गए सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के मूल्यों को पूर्ण संख्या में गोल किया जाएगा)। यह ज्ञात है कि M = Mr, जिसका अर्थ है M(S) = 32 g/mol, और M(Fe) = 56 g/mol। फिर, इन तत्वों के पदार्थ की मात्रा के बराबर है: एन (एस) = एम (एस) / एम (एस); एन (एस) \u003d 4 / 32 \u003d 0.125 मोल। n (Fe) = m (Fe) / M (Fe); n (Fe) \u003d 7 / 56 \u003d 0.125 mol। दाढ़ अनुपात ज्ञात कीजिए: n(Fe):n(S) = 0.125: 0.125 = 1:1, वे। तांबे को ऑक्सीजन के साथ मिलाने का सूत्र FeS है। यह आयरन (II) सल्फाइड है।
उत्तर	फेज़

आइए अब संक्षेप में अणुओं की संरचना से परिचित हों, अर्थात् ऐसे कण जिनमें कई परमाणु संयुक्त होते हैं। मूल रूप से, परमाणुओं से अणु बनाने के दो तरीके हैं।

इनमें से पहला तरीका एक तटस्थ परमाणु से विद्युत आवेशित कण के उद्भव पर आधारित है। हम ऊपर बता चुके हैं कि परमाणु उदासीन होता है, अर्थात उसके नाभिक में धन आवेशों की संख्या (प्रोटॉन की संख्या) ऋणात्मक आवेशों की संख्या से संतुलित होती है, अर्थात नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या।

यदि किसी कारण से एक परमाणु एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों को खो देता है, तो उसके नाभिक में धनात्मक आवेशों की कुछ अधिकता होती है जो ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों द्वारा संतुलित नहीं होते हैं और ऐसा परमाणु धनावेशित कण बन जाता है।

इन विद्युत आवेशित कणों को आयन कहा जाता है। वे परमाणुओं से अणुओं के निर्माण में योगदान करते हैं।

विभिन्न रासायनिक तत्वों के गुणों के अध्ययन से पता चलता है कि सभी मामलों में सबसे स्थिर वे हैं जिनमें बाहरी इलेक्ट्रॉन कक्षा पूरी तरह से भरी हुई है, या इसमें इलेक्ट्रॉनों की सबसे स्थिर संख्या है - 8।

यह आवर्त सारणी द्वारा शानदार ढंग से पुष्टि की गई है, जहां सबसे अधिक निष्क्रिय (यानी, स्थिर और अन्य पदार्थों के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रवेश नहीं करने वाले) तत्व शून्य समूह में स्थित हैं।

यह, सबसे पहले, हीलियम है, जिसमें दो इलेक्ट्रॉनों से भरी एक कक्षा होती है, और गैसें नियॉन, आर्गन, क्रिप्टन, क्सीनन और रेडॉन होती हैं, जिनकी बाहरी कक्षा में आठ इलेक्ट्रॉन होते हैं।

इसके विपरीत, यदि परमाणुओं की बाहरी कक्षा में केवल एक या दो इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो ऐसे परमाणुओं में इन इलेक्ट्रॉनों को अन्य परमाणुओं को देने की प्रवृत्ति होती है, जिनकी बाहरी कक्षा में आठ की संख्या तक 1-2 इलेक्ट्रॉनों की कमी होती है। ऐसे परमाणु आपस में बातचीत करने के लिए सबसे अधिक सक्रिय होते हैं।

उदाहरण के लिए नमक अणु, रसायन विज्ञान में सोडियम क्लोराइड कहा जाता है और जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, सोडियम और क्लोरीन परमाणुओं से बनता है। सोडियम परमाणु की बाहरी कक्षा में एक इलेक्ट्रॉन होता है और क्लोरीन परमाणु में सात इलेक्ट्रॉन होते हैं।

यदि ये दोनों परमाणु एक-दूसरे के पास पहुँचते हैं, तो सोडियम का एक इलेक्ट्रॉन, जो बाहरी कक्षा में स्थित है और अपने परमाणु से कमजोर रूप से "संलग्न" है, इससे अलग हो सकता है और क्लोरीन परमाणु में जा सकता है, जिसमें यह आठवां इलेक्ट्रॉन होगा। बाहरी कक्षा (चित्र 4, ए)।

इस संक्रमण के परिणामस्वरूप, दो आयन बनते हैं: एक धनात्मक सोडियम आयन और एक ऋणात्मक क्लोरीन आयन (चित्र 4b), जो एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं और एक सोडियम क्लोराइड अणु बनाते हैं, जिसे दो गेंदों द्वारा एक साथ खींचे जाने के रूप में दर्शाया जा सकता है एक स्प्रिंग (चित्र 4c)।

परमाणुओं से अणु बनाने का दूसरा तरीका यह है कि जब दो या दो से अधिक परमाणु एक दूसरे के पास आते हैं, तो बाहरी कक्षाओं में इन परमाणुओं में स्थित इलेक्ट्रॉनों को इस तरह से पुनर्व्यवस्थित किया जाता है कि वे दो या दो से अधिक परमाणुओं से जुड़ जाते हैं। आंतरिक कक्षाओं में स्थित इलेक्ट्रॉन केवल इसी परमाणु से जुड़े रहते हैं।

इस मामले में, फिर से, आठ इलेक्ट्रॉनों की सबसे स्थिर कक्षाएं बनाने की इच्छा होती है।

आइए ऐसे अणुओं के कुछ उदाहरण दें।

आइए एक कार्बन डाइऑक्साइड अणु लेते हैं, जिसमें एक कार्बन परमाणु और दो ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। इस अणु के निर्माण के दौरान इन परमाणुओं की बाहरी कक्षाओं के इलेक्ट्रॉनों की निम्नलिखित पुनर्व्यवस्था होती है (चित्र 5)

कार्बन परमाणु अपनी आंतरिक कक्षा में अपने नाभिक से बंधे हुए दो इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देता है, और इसकी बाहरी कक्षा में चार इलेक्ट्रॉनों को प्रत्येक ऑक्सीजन परमाणु को दो इलेक्ट्रॉनों द्वारा वितरित किया जाता है, जो बदले में कार्बन परमाणु के सामान्य बंधन के लिए दो इलेक्ट्रॉनों का दान करते हैं।

इस प्रकार, प्रत्येक कार्बन-ऑक्सीजन बंधन में इलेक्ट्रॉनों के दो जोड़े परस्पर भाग लेते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ऐसे अणु के तीन परमाणुओं में से प्रत्येक की एक स्थिर बाहरी कक्षा होती है जिसके साथ आठ इलेक्ट्रॉन घूमते हैं।

जैसा कि आप जानते हैं, अणु न केवल विभिन्न तत्वों से बनते हैं, बल्कि समान परमाणुओं से भी बनते हैं।

ऐसे अणुओं के निर्माण को बाहरी कक्षा में सबसे स्थिर आठ गुना संख्या में इलेक्ट्रॉनों की इच्छा से भी समझाया गया है।

इसलिए, उदाहरण के लिए, एक ऑक्सीजन परमाणु, जिसमें आंतरिक कक्षा में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं और बाहरी कक्षा में छह इलेक्ट्रॉन होते हैं, आठ-आयामी वातावरण बनाने के लिए दो इलेक्ट्रॉनों की कमी होती है।

इसलिए, ये परमाणु जोड़े में जुड़े हुए हैं, जिससे एक ऑक्सीजन अणु O 2 बनता है, जिसमें प्रत्येक परमाणु से दो इलेक्ट्रॉनों को सामान्यीकृत किया जाता है, जिसके बाद आठ इलेक्ट्रॉन बाहरी कक्षा में उनके चारों ओर घूमेंगे।

जब दूसरी विधि के अनुसार अणु बनते हैं, जब परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान होता है, तो परमाणुओं के केंद्रों को पहली विधि के अनुसार करीब आने की आवश्यकता होती है, जब केवल विपरीत आवेश वाले आयनों का पारस्परिक आकर्षण होता है।

इसलिए, यदि पहली विधि में कोई दो संपर्क आयन गेंदों (चित्र 4, सी) के रूप में ऐसे अणु की कल्पना कर सकता है, जो अपने आकार और आकार को नहीं बदलता है, तो दूसरी विधि में गोलाकार परमाणु प्रतीत होते हैं चपटा।

पदार्थों की संरचना का अध्ययन करने के लिए आधुनिक तरीके न केवल यह जानना संभव बनाते हैं कि विभिन्न अणुओं में कौन से परमाणु होते हैं, बल्कि यह भी कि परमाणुओं को अणुओं में कैसे व्यवस्थित किया जाता है, अर्थात इन अणुओं की संरचना परमाणुओं के नाभिक के बीच की दूरी तक होती है। अणु बनाते हैं।

अंजीर पर। चित्र 6 ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं की संरचनाओं के साथ-साथ इन अणुओं में परमाणुओं के नाभिक की व्यवस्था को दर्शाता है, जो एंगस्ट्रॉम में आंतरिक दूरी को दर्शाता है।

एक ऑक्सीजन अणु, जिसमें दो परमाणु होते हैं, में दो संकुचित गेंदों का आकार होता है, जो 1.20 ए के परमाणुओं के नाभिक के बीच की दूरी के साथ होता है। एक कार्बन डाइऑक्साइड अणु, जिसमें तीन परमाणु होते हैं, के बीच में एक कार्बन परमाणु के साथ एक सीधा आकार होता है और इसके दोनों ओर दो ऑक्सीजन परमाणु 1.15 ए की आंतरिक दूरी के साथ एक सीधी रेखा में स्थित होते हैं।

चावल। 6. अणुओं की संरचनाएँ: a - परमाणुओं की व्यवस्था; बी - परमाणु नाभिक की व्यवस्था; 1 - ऑक्सीजन अणु ओ 2; 2 - कार्बन डाइऑक्साइड सीओ 2 का एक अणु।

परिभाषा

कार्बन डाइआक्साइड(कार्बन मोनोऑक्साइड (IV), कार्बन डाइऑक्साइड, कार्बन डाइऑक्साइड) सामान्य परिस्थितियों में एक रंगहीन गैस है, जो हवा से भारी है, ऊष्मीय रूप से स्थिर है, और जब संपीड़ित और ठंडा किया जाता है, तो यह आसानी से एक तरल और ठोस ("सूखी बर्फ") अवस्था में बदल जाती है।

यह पानी में खराब घुलनशील है, इसके साथ आंशिक रूप से प्रतिक्रिया करता है।

मुख्य कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरांक नीचे दी गई तालिका में दिए गए हैं।

तालिका 1. कार्बन डाइऑक्साइड के भौतिक गुण और घनत्व।

कार्बन डाइऑक्साइड जैविक (प्रकाश संश्लेषण), प्राकृतिक (ग्रीनहाउस प्रभाव) और भू-रासायनिक (महासागरों में विघटन और कार्बोनेट के निर्माण) प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह बड़ी मात्रा में जीवाश्म ईंधन जलाने, सड़ने वाले कचरे आदि के परिणामस्वरूप पर्यावरण में प्रवेश करता है।

कार्बन डाइऑक्साइड अणु की रासायनिक संरचना और संरचना

कार्बन डाइऑक्साइड अणु की रासायनिक संरचना अनुभवजन्य सूत्र सीओ 2 द्वारा व्यक्त की जाती है। कार्बन डाइऑक्साइड अणु (चित्र 1) रैखिक है, जो बाध्यकारी इलेक्ट्रॉन जोड़े के न्यूनतम प्रतिकर्षण से मेल खाता है, सी = एच बंधन की लंबाई 0.116 एनएम है, और इसकी औसत ऊर्जा 806 केजे/मोल है। वैलेंस बॉन्ड की विधि के ढांचे में, दो σ-बॉन्ड -О कार्बन परमाणु के एसपी-हाइब्रिडाइज्ड ऑर्बिटल और ऑक्सीजन परमाणुओं के 2p z - ऑर्बिटल्स द्वारा बनते हैं। कार्बन परमाणु के 2p x और 2p y कक्षक जो sp संकरण में भाग नहीं लेते, ऑक्सीजन परमाणुओं के समान कक्षकों के साथ अतिव्यापन करते हैं। इस मामले में, परस्पर लंबवत विमानों में स्थित दो -कक्ष बनते हैं।

चावल। 1. कार्बन डाइऑक्साइड अणु की संरचना।

ऑक्सीजन परमाणुओं की सममित व्यवस्था के कारण, सीओ 2 अणु गैर-ध्रुवीय है, इसलिए डाइऑक्साइड पानी में थोड़ा घुलनशील है (एच 2 ओ की एक मात्रा में 1 एटीएम और 15 डिग्री सेल्सियस पर सीओ 2 की मात्रा)। अणु की गैर-ध्रुवीयता कमजोर अंतःक्रियात्मक अंतःक्रियाओं और त्रिगुण बिंदु के निम्न तापमान की ओर ले जाती है: t = -57.2 o C और P = 5.2 atm।

कार्बन डाइऑक्साइड के रासायनिक गुणों और घनत्व का संक्षिप्त विवरण

रासायनिक रूप से, कार्बन डाइऑक्साइड निष्क्रिय है, जो ओ = सी = ओ बांड की उच्च ऊर्जा के कारण है। उच्च तापमान पर मजबूत कम करने वाले एजेंटों के साथ, कार्बन डाइऑक्साइड ऑक्सीकरण गुण प्रदर्शित करता है। कोयले के साथ, यह कार्बन मोनोऑक्साइड सीओ में कम हो जाता है:

सी + सीओ 2 \u003d 2CO (टी \u003d 1000 ओ सी)।

हवा में प्रज्वलित मैग्नीशियम कार्बन डाइऑक्साइड के वातावरण में जलता रहता है:

सीओ 2 + 2 एमजी \u003d 2 एमजीओ + सी।

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) पानी के साथ आंशिक रूप से प्रतिक्रिया करता है:

सीओ 2 (एल) + एच 2 ओ \u003d सीओ 2 × एच 2 ओ (एल) एच 2 सीओ 3 (एल)।

अम्लीय गुण दिखाता है:

CO2 + NaOH तनु = NaHCO 2 ;

सीओ 2 + 2नाओएच सांद्र \u003d ना 2 सीओ 3 + एच 2 ओ;

सीओ 2 + बा (ओएच) 2 = बाको 3 ↓ + एच 2 ओ;

सीओ 2 + बाको 3 (एस) + एच 2 ओ \u003d बा (एचसीओ 3) 2 (एल)।

जब 2000 o C से ऊपर के तापमान पर गर्म किया जाता है, तो कार्बन डाइऑक्साइड विघटित हो जाता है:

2CO 2 \u003d 2CO + O 2।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

व्यायाम	कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से युक्त 0.77 ग्राम कार्बनिक पदार्थ के दहन के दौरान 2.4 ग्राम कार्बन डाइऑक्साइड और 0.7 ग्राम पानी का निर्माण हुआ। ऑक्सीजन के संदर्भ में पदार्थ का वाष्प घनत्व 1.34 है। पदार्थ के आणविक सूत्र का निर्धारण करें।
समाधान	एम (सी) = एन (सी) × एम (सी) = एन (सीओ 2) × एम (सी) = × एम (सी); एम (सी) = × 12 = 0.65 ग्राम; मी (एच) \u003d 2 × 0.7 / 18 × 1 \u003d 0.08 ग्राम। एम(ओ) \u003d एम (सी एक्स एच वाई ओ जेड) - एम (सी) - एम (एच) \u003d 0.77 - 0.65 - 0.08 \u003d 0.04 जी। x:y:z = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H): m(O)/Ar(O); x:y:z = 0.65/12:0.08/1: 0.04/16; x:y:z = 0.054: 0.08: 0.0025 = 22:32:1. इसका मतलब है कि यौगिक का सबसे सरल सूत्र C 22 H 32 O है, और इसका दाढ़ द्रव्यमान 46 g / mol है। किसी कार्बनिक पदार्थ के मोलर द्रव्यमान का मान उसके ऑक्सीजन घनत्व का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है: एम पदार्थ = एम (ओ 2) × डी (ओ 2); एम पदार्थ \u003d 32 × 1.34 \u003d 43 ग्राम / मोल। एम पदार्थ / एम (सी 22 एच 32 ओ) \u003d 43/312 \u003d 0.13। तो सूत्र में सभी गुणांकों को 0.13 से गुणा किया जाना चाहिए। तो पदार्थ का आणविक सूत्र सी 3 एच 4 ओ जैसा दिखेगा।
उत्तर	पदार्थ का आणविक सूत्र सी 3 एच 4 ओ

उदाहरण 2

व्यायाम	10.5 ग्राम वजन वाले कार्बनिक पदार्थ को जलाने पर 16.8 लीटर कार्बन डाइऑक्साइड (N.O.) और 13.5 ग्राम पानी प्राप्त हुआ। वायु में पदार्थ का वाष्प घनत्व 2.9 है। पदार्थ का आणविक सूत्र व्युत्पन्न करें।
समाधान	आइए एक कार्बनिक यौगिक की दहन प्रतिक्रिया के लिए एक योजना तैयार करें, जो क्रमशः कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या को "x", "y" और "z" के रूप में दर्शाती है: सी एक्स एच वाई ओ जेड + ओ जेड →सीओ 2 + एच 2 ओ। आइए हम इस पदार्थ को बनाने वाले तत्वों के द्रव्यमान का निर्धारण करें। D.I की आवर्त सारणी से लिए गए सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के मान। मेंडेलीव, पूर्णांकों तक पूर्णांकित: Ar(C) = 12 a.m.u., Ar(H) = 1 a.m.u., Ar(O) = 16 a.m.u. एम (सी) = एन (सी) × एम (सी) = एन (सीओ 2) × एम (सी) = × एम (सी); एम (एच) = एन (एच) × एम (एच) = 2 × एन (एच 2 ओ) × एम (एच) = × एम (एच); कार्बन डाइऑक्साइड और पानी के दाढ़ द्रव्यमान की गणना करें। जैसा कि ज्ञात है, एक अणु का दाढ़ द्रव्यमान उन परमाणुओं के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के योग के बराबर होता है जो अणु (M = Mr) बनाते हैं: एम(सीओ 2) \u003d अर (सी) + 2 × अर (ओ) \u003d 12+ 2 × 16 \u003d 12 + 32 \u003d 44 ग्राम / मोल; एम(एच 2 ओ) \u003d 2 × अर (एच) + अर (ओ) \u003d 2 × 1 + 16 \u003d 2 + 16 \u003d 18 ग्राम / मोल। एम (सी) = ×12 = 9 ग्राम; एम(एच) \u003d 2 × 13.5 / 18 × 1 \u003d 1.5 ग्राम। एम(ओ) \u003d एम (सी एक्स एच वाई ओ जेड) - एम (सी) - एम (एच) \u003d 10.5 - 9 - 1.5 \u003d 0 जी। आइए यौगिक के रासायनिक सूत्र को परिभाषित करें: x:y = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H); एक्स: वाई = 9/12: 1.5/1; एक्स: वाई = 0.75: 1.5 = 1: 2। इसका मतलब है कि यौगिक का सबसे सरल सूत्र सीएच 2 है, और इसका दाढ़ द्रव्यमान 14 ग्राम / मोल है। किसी कार्बनिक पदार्थ के दाढ़ द्रव्यमान का मान वायु में उसके घनत्व का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है: पदार्थ = एम (वायु) × डी (वायु); एम पदार्थ \u003d 29 × 2.9 \u003d 84 ग्राम / मोल। एक कार्बनिक यौगिक का सही सूत्र खोजने के लिए, हम प्राप्त दाढ़ द्रव्यमान का अनुपात पाते हैं: एम पदार्थ / एम (सीएच 2) \u003d 84/14 \u003d 6. इसका मतलब है कि कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं के सूचकांक 6 गुना अधिक होने चाहिए, अर्थात। पदार्थ का सूत्र C 6 H 12 जैसा दिखेगा।
उत्तर	पदार्थ सी 6 एच 12 . का आणविक सूत्र

लेकिन अगर एक ही परमाणु के अणु इतने अलग-अलग हों, तो अलग-अलग परमाणुओं के अणुओं में कितनी विविधता होगी! आइए फिर से हवा में देखें - शायद हमें ऐसे अणु मिलेंगे? नि: संदेह हम करेंगे!
क्या आप जानते हैं कि आप किन अणुओं को हवा में छोड़ते हैं? (बेशक, केवल आप ही नहीं - सभी लोग और सभी जानवर।) आपके पुराने दोस्त के अणु - कार्बन डाइऑक्साइड! जब आप स्पार्कलिंग पानी या नींबू पानी पीते हैं तो कार्बन डाइऑक्साइड के बुलबुले आपकी जीभ को सुखद रूप से झुनझुनी देते हैं। आइसक्रीम के डिब्बे में रखे सूखे बर्फ के टुकड़े भी ऐसे अणुओं से बने होते हैं; सूखी बर्फ ठोस कार्बन डाइऑक्साइड है।
एक कार्बन डाइऑक्साइड अणु में, दो ऑक्सीजन परमाणु विपरीत दिशाओं से एक कार्बन परमाणु से जुड़े होते हैं। "कार्बन" का अर्थ है "वह जो कोयले को जन्म देता है।" लेकिन कार्बन सिर्फ कोयले से ज्यादा को जन्म देता है। जब आप एक साधारण पेंसिल से चित्र बनाते हैं, तो कागज पर ग्रेफाइट के छोटे-छोटे गुच्छे रह जाते हैं - उनमें कार्बन परमाणु भी होते हैं। हीरा और साधारण कालिख उनमें से "निर्मित" होते हैं। फिर से वही परमाणु - और पूरी तरह से भिन्न पदार्थ!
जब कार्बन परमाणु न केवल एक दूसरे के साथ, बल्कि "विदेशी" परमाणुओं के साथ भी जुड़ते हैं, तो इतने अलग-अलग पदार्थ पैदा होते हैं कि उन्हें गिनना मुश्किल होता है! विशेष रूप से कई पदार्थ तब पैदा होते हैं जब कार्बन परमाणु दुनिया की सबसे हल्की गैस - हाइड्रोजन के परमाणुओं के साथ जुड़ते हैं। इन सभी पदार्थों को एक सामान्य नाम - हाइड्रोकार्बन कहा जाता है, लेकिन प्रत्येक हाइड्रोकार्बन का अपना नाम होता है।
सबसे सरल हाइड्रोकार्बन के बारे में उन छंदों में कहा गया है जिन्हें आप जानते हैं: "लेकिन हमारे अपार्टमेंट में गैस है - यह बात है!" किचन में जलने वाली गैस का नाम मिथेन है। मीथेन अणु में एक कार्बन परमाणु और चार हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। एक रसोई के बर्नर की लौ में, मीथेन अणु नष्ट हो जाते हैं, एक कार्बन परमाणु दो ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ जुड़ जाता है, और आपको पहले से ही परिचित कार्बन डाइऑक्साइड अणु मिलता है। हाइड्रोजन परमाणु भी ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ जुड़ते हैं, और परिणामस्वरूप, दुनिया में सबसे महत्वपूर्ण और आवश्यक पदार्थ के अणु प्राप्त होते हैं!
इस पदार्थ के अणु भी हवा में हैं - उनमें से बहुत सारे हैं। वैसे, कुछ हद तक आप भी इसमें शामिल हैं, क्योंकि आप इन अणुओं को कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं के साथ हवा में छोड़ते हैं। यह पदार्थ क्या है? यदि आपने अनुमान नहीं लगाया है, तो ठंडे गिलास पर सांस लें, और यहाँ यह आपके सामने है - पानी!

दिलचस्प:
अणु इतना छोटा है कि अगर हम एक के बाद एक सौ मिलियन पानी के अणुओं को पंक्तिबद्ध करते हैं, तो यह पूरी रेखा आपकी नोटबुक में दो आसन्न शासकों के बीच आसानी से फिट हो जाएगी। लेकिन वैज्ञानिक अभी भी यह पता लगाने में कामयाब रहे कि पानी का अणु कैसा दिखता है। यहाँ उसका चित्र है। सच है, यह एक भालू शावक विनी द पूह के सिर जैसा दिखता है! देखो तुमने अपने कान कैसे चुभोए! बेशक, ये कान नहीं हैं, बल्कि "सिर" से जुड़े दो हाइड्रोजन परमाणु हैं - ऑक्सीजन परमाणु। लेकिन चुटकुले चुटकुले हैं, लेकिन वास्तव में - क्या इन "कान के ऊपर" का पानी के असाधारण गुणों से कोई लेना-देना है?